Электронный журнал «Техническая акустика» ISSN 1819-2408

Э. Мфому, К. Хедберг, Ш. Као-Вальтер

Динамические и статические измерения модуля упругости на тонких пленках

язык: английский

получена 10.10.2006, опубликована 22.12.2006

Скачать статью (PDF, 1250 кб, ZIP), используйте команду браузера "Сохранить объект как..."
Для чтения и распечатки статьи используйте «Adobe Acrobat© Reader» версии 4.0 или выше. Эта программа является бесплатной, ее можно получить на веб-сайте компании Adobe© (http://www.adobe.com/).

АННОТАЦИЯ

Измерение свойств материалов во времени является важной характеристикой для диагностики конструкций, предотвращения разрушения и аварий. В статье представлен новый экспериментальный метод оценки модуля Юнга (модуля упругости) применительно к тонким пленкам. При реализации метода возбуждение резонансных изгибных колебаний в образце создается путем акустического возбуждения. Получены уравнения, связывающие собственные частоты колебаний с механическими свойствами, и выражения для определения модуля Юнга. Значения модуля Юнга, определенные предлагаемым методом, сравниваются со значениями, полученными при стандартных испытаниях на разрыв в соответствии со стандартом ASTM-D882. Результаты этих измерений хорошо согласуются. Предложенный метод относительно прост и может быть использован для определения модуля Юнга тонколистовых материалов, не имеющих изгибной жесткости. Метод можно использовать для мониторинга развития разрушения. Модуль Юнга является также важной характеристикой материала при определении других механических свойств в связи с испытаниями на разрушение и усталость. Подчеркивается возможность выполнения оценки степени повреждения изделия в процессе эксплуатации путем мониторинга изменения характеристик материала.

16 страниц, 9 иллюстраций

Как сослаться на статью: Э. Мфому, К. Хедберг, Ш. Као-Вальтер. Динамические и статические измерения модуля упругости на тонких пленках. Электронный журнал "Техническая акустика", http://ejta.org, 2006, 17.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kao-Walter, S. On the Fracture of Thin Laminates. Doctoral Dissertation Series N°2004:07, ISSN 1650-2159, ISBN 91-7295-048-X, Blekinge Institute of Technology, Sweden.
2. ASTM D-882-91. Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, Pa. 1991.
3. Inman, D. J. Engineering Vibration. Prentice-Hall Inc. New-York, 1994.
4. Bai, S. L. Indentation Properties of the Filler and Matrix in Polymer Composites. Journal of Materials Science Letters 21, 2002, pp. 85-88.
5. Cloud, G. L. Optical Methods of Engineering Analysis. Cambridge University Press, London, 1990.
6. Hsin-Chang Tsai, Weileun Fang. Determining the Poisson’s ratio of thin film materials using resonant method. Sensor and Actuators A: Physical, 103, 377-383 (2003).
7. ASTM C 1548-02, Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus; and Poisson’s Ratio of Refractory Materials by Impulse Excitation of Vibration. ASTM International.
8. B. T. Comella, M. R. Scanlon. The Determination of the Elastic Modulus of a Micro Cantilever Beam Using Atomic Force Microscopy. J. Mater. Sci., 35, 3, 567-572 (2000).
7. K. Hogmoen, O. J. Lokberg, Detection and measurement of small vibration using electronic speckle pattern interferometry. Applied Optics, 16, 1869-1875 (1977).
10. Xin Kang, C. J. Tay, C. Quan. Evaluation of Young’s modulus of a vibrating beam by optical method. Opt. Eng., 42, 10, 3053-3058 (2003).
11. Kisoo K.; Choi M.; Kim K. Evaluation of the Young’s modulus by resonance frequency and Euler-Bernouilli Equation. Proceedings of the Thirteenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV13), July 2-6, 2006, Vienna, Austria, Eds.: Eberhardsteiner, J. et al. Publisher: Vienna University of Technology, Austria, ISBN: 3-9501554-5-7.
12. Landau L. D., Lifshitz E. M. Theory of Elasticity. 3rd Edition , Pergamon,1979.
13. Mfoumou E., Hedberg C., Koa-Walter S. Vibration-Based Damage Detection and Evaluation of Sheet Material using a Remote Acoustic Excitation. In print for journal publication, Acoustical Physics, 2006.
14. F. Wilson, A. E. Lord. Young’s Modulus Determination Via Simple, Inexpensive static and Dynamic Measurements. American Journal of Physics, Vol. 41, Issue N°.1, pp 653-656 (1973).
15. T. Öztürk, O. Kroggel, and P. Grübl. Propagation of Ultrasound in Concrete - Spatial Distribution and Development of the Young’s Modulus. BB 85-CD International Symposium Non-Destructive Tesing in Civil engineering. Berlin, September 16-19, 2003.
16. Casper O., Fabricius Ida L., Krogsboll A., Prasad A. Static and Dynamic Young’s Modulus for Lower Cretaceous Chalk. A Low Frequency Scenario. AAPG International Conference: October 24-27, 2004; Cancun, Mexico.
17. Fracn Tips - NSI Technologies, Tulsa/Houston, 1-918-496-2071 begin_of_the_skype_highlighting              1-918-496-2071      end_of_the_skype_highlighting, http://www.nsitech.com/
18. Van’kov Yu. V., Kazakov R. B., Yakovelva E. R. Natural Frequencies as Diagnostic Criteria for Flaw Detection. Electronic Journal “Technical Acoustic’’, http://www.ejta.org/, 2003, 5.

		Этине Мфому - докторант Технологического института в г. Карлскруна, Швеция. Степень магистра этого института получил в 2003, бакалавра - в 2006. Научные интересы - акустические методы при неразру�?ающем контроле тонких пленок и тонких слоистых материалов. e-mail: etienne.mfoumou(at)bth.se
		Клас Хедберг защитил диссертацию в Королевском технологическом институте, Стокгольм, Швеция по теме «Теоретические исследования нелинейного распространения модулированных гармонических звуковых волн» в 1995. Работал в университете штата Техас (Остин, США). В настоящее время работает в Технологическом институте в г. Карлскруна, Швеция. Является соавтором двух книг: «Нелинейная акустика в жидкости», 2002 (соавтор Б. О. Энфло) и «Нелинейная акустика в задачах и примерах» (издание на русском языке - 2006, издание на английском готовится к печати в 2006, соавторы О. Руденко и С. Гурбатов). Научные интересы - нелинейная акустика, неразрушающий контроль, параметрические громкоговорители.
		Шарон Као-Вальтер окончила Шанхайский университет, Китай (1982) и технологический университет в г. Лунд, Швеция (1991). После этого работала инженером по материалам в компании по производству упаковок. Диссертацию на тему «Разрушение тонких слоистых материалов» защитила в 2005 в Технологическом институте в г. Карлскруна, Швеция. В настоящее время - доцент этого института. Научные интересы - механика разрушения композитных материалов, наноматериалы и их применение.